混合動力汽車動力系統及其動力傳動方法與流程

本發明涉及混合動力汽車技術領域，特別涉及一種混合動力汽車動力系統及其動力傳動方法。

背景技術：

隨著油耗和排放法規的日益嚴格，汽車的經濟性和排放性能需要不斷提升。混合動力汽車作為一種有效、可靠的新能源汽車解決方法，具有較強的節能、減排能力和廣闊的市場前景。

目前，采用自動變速器的單電機并聯混合動力系統分為四類，第一類為電機通過帶傳動機構與發動機耦合(帶傳動機構處于發動機輸出端的另一端)的混合動力系統(以下簡稱為P0型動力系統)，第二類為電機安裝在發動機和變速器之間，且電機與發動機沒有解耦的混合動力系統(以下簡稱為P1型動力系統)，第三類為電機安裝在發動機和變速器之間，且電機通過離合器與發動機解耦(離合器斷開，電機與發動機分開)的混合動力系統(以下簡稱為P2型動力系統)，第四類為電機安裝在變速器和差速器之間的混合動力系統(以下簡稱為P3型動力系統)。如圖1所示，在P0型動力系統中，電機20與發動機10通過傳動機構80耦合，發動機10與電機20的轉矩通過離合器40與變速器30輸出給動力輸出軸50，動力輸出軸50連接差速器60，將轉矩傳遞給A車輪70與B車輪71，如圖2所示，在P1型動力系統中，電機20安裝在發動機10和變速器30之間，電機20與發動機10輸出軸耦合，如圖3所示，在P2型動力系統中，電機20安裝在發動機10和變速器30之間，且通過離合器40與發動機10解耦，電機20的轉矩通過離合器41與變速器30輸出給動力輸出軸50，動力輸出軸50連接差速器60，將轉矩傳遞給A車輪70與B車輪71，對電機峰值功率和轉矩的要求較低，同時電機工作效率得到提升，P0、P1及P2動力系統都可以實現車輛靜止狀態下的發動機快速起動、駐車發電以及蠕行發電，但是由于電機20的轉矩必須經過變速器30傳遞給車輪，換擋時都存在扭矩中斷問題，而且，P2型動力系統軸向布置空間有限，電機功率較小。如圖4所示，在P3型動力系統中，電機20安裝在變速器30的輸出端，變速器30換擋時，離合器40中斷，電機20提供補償扭矩，可以實現無扭矩中斷換擋，但是，P3型動力系統無法實現車輛靜止狀態下快速起動發動機、停車發電和蠕行發電。

因此，需要設計一種既可以發動機靜車快速起動、停車發電及蠕行發電，又實現無扭矩中斷換擋的動力系統及方法。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種混合動力汽車動力系統及其動力傳動方法，以解決現有的動力系統及方法無法同時實現快速起動、駐車及蠕行發電及無扭矩中斷換擋的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種混合動力汽車動力系統，所述混合動力汽車動力系統包括發動機、離合器、變速器、動力切換裝置、傳動機構、動力輸出軸及電機，其中：

所述發動機用于為所述混合動力汽車動力系統提供轉矩；

所述離合器連接于所述發動機與所述變速器之間，用于分離所述發動機與所述變速器；

所述變速器包括輸入端與輸出端，所述輸入端連接所述離合器，所述輸出端連接所述動力輸出軸，用于控制所述混合動力汽車動力系統動力輸出；

所述動力切換裝置連接于所述傳動機構與所述動力輸出軸之間，所述動力切換裝置還連接所述電機，用于電機轉矩在傳動機構與動力輸出軸之間的切換；

所述傳動機構連接所述發動機。

可選的，在所述的混合動力汽車動力系統中，所述動力切換裝置為同步器或同步器與離合器的組合機構。

可選的，在所述的混合動力汽車動力系統中，所述傳動機構為傳送帶、齒輪、傳送帶與齒輪的組合機構或齒輪組。

可選的，在所述的混合動力汽車動力系統中，所述動力切換裝置包括動力原端機構、第一切換機構及第二切換機構，其中：

所述動力原端機構連接所述電機，位于所述第一切換機構與所述第二切換機構之間，所述動力原端機構的軸與所述第一切換機構及所述第二切換機構的軸在同一直線上；

所述第一切換機構連接所述傳動機構；

所述第二切換機構連接所述動力輸出軸。

可選的，在所述的混合動力汽車動力系統中，所述在動力原端機構在所述發動機靜車起動、車輛停車發電過程中及車輛蠕行發電過程中切換到所述第一切換機構端，在所述變速器換擋過程中切換到所述第二切換機構端。

本發明還提供一種混合動力汽車動力傳動方法，所述混合動力汽車動力傳動方法包括如下步驟：

所述混合動力汽車的動力系統收到發動機靜車起動或車輛停車發電指令；

所述混合動力汽車動力系統中的動力切換裝置將電機轉矩切換到傳動機構端；

所述混合動力汽車的動力系統中的離合器斷開；

所述混合動力汽車的動力系統中的電機輸出轉矩或發電；

所述混合動力汽車的動力系統完成發動機靜車起動或車輛停車發電。

可選的，在所述的混合動力汽車動力傳動方法中，所述混合動力汽車動力傳動方法還包括：所述混合動力汽車的動力系統中的離合器轉換為滑轉狀態。

可選的，在所述的混合動力汽車動力傳動方法中，所述離合器為干式離合器或濕式離合器。

可選的，在所述的混合動力汽車動力傳動方法中，所述混合動力汽車動力傳動方法用于車輛由停車發電狀態轉換為蠕行狀態。

可選的，在所述的混合動力汽車動力傳動方法中，所述混合動力汽車的動力系統中的電機發電。

本發明還提供一種混合動力汽車動力傳動方法，所述混合動力汽車動力傳動方法包括如下步驟：

所述混合動力汽車的動力系統中的變速器收到換擋指令；

所述混合動力汽車動力系統中的動力切換裝置將電機轉矩切換到動力輸出軸端；

所述混合動力汽車的動力系統中的變速器進行換擋操作，其中，所述變速器進行換擋操作包括離合器斷開，摘擋，掛擋，離合器接合；

所述混合動力汽車的動力系統中的電機在上述換擋過程中向動力輸出軸輸出轉矩。

在本發明提供的混合動力汽車動力系統及其動力傳動方法中，動力切換裝置分別連接在傳動裝置及動力輸出軸與電機之間，接合和斷開電機與傳動裝置及動力輸出軸的動力傳輸，實現了P0或P1型動力系統與P3型動力系統的相互切換。在發動機靜車起動、車輛停車或蠕行發電狀態下，動力切換裝置切換到傳動機構端，發動機與電機的動力相互耦合，實現快速起動、車輛停車及蠕行發電；當變速器換擋狀態下，動力切換裝置切換到動力輸出軸端，離合器斷開，電機提供補償扭矩，可以實現無扭矩中斷換擋，該動力傳動方法可同時實現快速起動、車輛停車、蠕行發電及無扭矩中斷換擋。

本發明兼具P0～P3型混合動力汽車傳動裝置的優點：與P0～P2型方案相比，增加了無動力中斷換擋功能；與P3型方案相比，增加了車輛靜止時發動機快速起動和駐車發電功能，且電機峰值轉矩/功率較小，電機工作效率較高。本發明提升了現有單電機并聯混合動力汽車傳動裝置的性能。

本發明的混合動力系統僅通過在傳統自動變速器基礎上增加動力切換裝置和傳動機構，即可實現無動力中斷換擋、車輛靜止時發動機快速起動、停車發電和蠕行發電等功能，可以有效擺脫自動變速器(以下簡稱為AT)和雙離合自動變速器(以下簡稱為DCT)等技術瓶頸。與采用AT/DCT作為傳動裝置的混合動力系統相比，集成難度低，增加成本小。

附圖說明

圖1是現有的混合動力汽車P0型動力系統結構圖；

圖2是現有的混合動力汽車P1型動力系統結構圖；

圖3是現有的混合動力汽車P2型動力系統結構圖；

圖4是現有的混合動力汽車P3型動力系統結構圖；

圖5是本發明實施例一混合動力汽車動力系統結構圖；

圖6是本發明實施例一混合動力汽車動力系統示意圖；

圖7是本發明實施例一混合動力汽車動力系統示意圖；

圖8是本發明實施例一混合動力汽車動力系統示意圖；

圖9是本發明實施例一混合動力汽車動力系統示意圖；

圖10是本發明實施例一混合動力汽車動力系統示意圖；

圖11是本發明實施例二混合動力汽車動力傳動方法等效示意圖；

圖12是本發明實施例三混合動力汽車動力傳動方法等效示意圖；

圖中所示：10-發動機；20-電機；30-變速器；31-輸入端；32-輸出端；33-A擋輸入軸齒輪；34-B擋輸入軸齒輪；35-A擋和B擋切換同步器；36-A擋輸出軸齒輪；37-B擋輸出軸齒輪；40-離合器；50-動力輸出軸；51-動力輸出軸齒輪；60-差速器；70-A車輪；71-B車輪；80-傳動機構；81-傳動機構第一齒輪；82-傳動機構第二齒輪；90-動力切換裝置；91-動力原端機構；92-第一切換機構；93-第二切換機構。

具體實施方式

以下結合附圖5～12和具體實施例對本發明提出的混合動力汽車動力系統及其動力傳動方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

本發明的核心思想在于提供一種混合動力汽車動力系統及其動力傳動方法，以實現同時實現快速起動、車輛停車及蠕行發電以及無扭矩中斷換擋。

為實現上述思想，本發明提供了一種混合動力汽車動力系統，包括發動機、變速器、離合器、動力切換裝置、傳動機構、動力輸出軸及電機；本發明提供的混合動力汽車動力傳動方法包括動力切換裝置的切換和離合器的斷開和接合。

發動機起動分兩種情況，一種是靜車起動，即發動機起動時車輛靜止；一種是行車起動，即車輛行進過程中(電機驅動)的發動機起動。以下實施例中涉及的發動機起動狀態指車輛靜止時的發動機起動。

以下實施例中所述的停車發電，是指車輛在停車狀態下，發動機與電機組成發電單元為電池充電。發動機停機時，車輛有可能處于純電動驅動狀態，僅由電機驅動車輛，不適用于本發明。

進一步的，發動機靜車起動過程是指發動機轉速從零到某非零值的過程，針對發動機而言，起步過程是指車速從零到某非零值的過程，針對車輛而言。以下實施例中的靜車起動就指車輛起步前的發動機起動過程，即車速為零時，發動機的起動過程。

<實施例一>

如圖5所示，圖5是本發明實施例一混合動力汽車動力系統結構圖，本實施例提供了一種混合動力汽車動力系統1，混合動力汽車動力系統1包括發動機10、變速器30、離合器40、動力切換裝置90、傳動機構80、動力輸出軸50及電機20，發動機10用于為混合動力汽車動力系統1提供轉矩；離合器40連接于發動機10與變速器30之間，用于換擋時分離發動機10與變速器30；變速器30包括輸入端31與輸出端32，輸入端31連接離合器40，輸出端32連接動力輸出軸50，用于控制混合動力汽車動力系統1動力輸出；動力切換裝置90連接于傳動機構80與動力輸出軸50之間，動力切換裝置90還連接電機20，用于電機20轉矩在傳動機構80與動力輸出軸50之間的切換；傳動機構80連接發動機10。動力輸出軸50輸出動力系統1的轉矩給差速器60，并通過差速器60傳遞給A車輪70與B車輪71，以實現汽車的運行。

如圖6所示，圖6是本發明實施例一混合動力汽車動力系統示意圖。其中，變速器30還包括A擋輸入軸齒輪33、B擋輸入軸齒輪34、A擋與B擋切換同步器35、A擋輸出軸齒輪36及B擋輸出軸齒輪37。

動力切換裝置90包括動力原端機構91、第一切換機構92及第二切換機構93，其中：動力原端機構91連接電機20，本實施例中，動力原端機構91與電機20耦合，即同步轉動，動力原端機構91位于第一切換機構92與第二切換機構93之間，動力原端機構91的軸與第一切換機構92及第二切換機構93的軸位于同一直線上；第一切換機構92連接傳動機構80，與傳動機構80耦合；第二切換機構93連接動力輸出軸50，與動力輸出軸50耦合，如果動力原端機構91切換到第一切換機構92端，則電機20與傳動機構80的轉矩通過動力原端機構91與第一切換機構92之間進行傳遞，如果動力原端機構91切換到第二切換機構93端，則電機20與動力輸出軸50的轉矩通過動力原端機構91與第二切換機構93之間進行傳遞。

動力原端機構91在發動機靜車起動、車輛停車發電過程中及車輛蠕行發電過程中切換到第一切換機構92端，則電機20與傳動機構80的轉矩通過動力原端機構91與第一切換機構92之間進行傳遞，發動機10與電機20的動力通過傳動機構80、動力切換裝置90之間相互耦合，在發動機靜車起動過程中，電機20提供轉矩，實現快速起動，在車輛停車發電及蠕行發電時，發動機10的輸出轉矩提供給電機20，電機20運行在發電狀態。

動力原端機構91在變速器換擋過程中切換到第二切換機構93端，則電機20與動力輸出軸50的轉矩通過動力原端機構91與第二切換機構93之間進行傳遞，電機20為動力輸出軸50提供補償扭矩，可以實現無扭矩中斷換擋。以A擋換B擋為例：換擋前，變速器30在A擋，離合器40接合，A擋和B擋切換同步器35與A擋輸入軸齒輪33接合；混合動力汽車的動力系統中的變速器30收到換擋指令后，動力原端機構91在變速器換擋過程中切換到第二切換機構93端，變速器30進行換擋操作，其中，所述變速器進行換擋操作包括離合器40斷開，摘擋(A擋和B擋切換同步器35與A擋輸入軸齒輪33分離)，掛擋(A擋和B擋切換同步器35與B擋輸入軸齒輪34接合)，最后離合器40接合完成換擋。從離合器40分離開始到離合器40完全接合這段過程中，發動機10動力存在中斷，則電機20與動力輸出軸50的轉矩通過動力原端機構91與第二切換機構93之間進行傳遞，再通過動力輸出軸50，差速器60，傳遞給車輪，即電機20在上述整個換擋過程中向動力輸出軸50輸出轉矩，通過輸出補償扭矩，可以實現無動力中斷換擋，提高換擋平順性。本實施例中的動力系統可同時實現快速起動、停車發電、蠕行發電及無扭矩中斷換擋。

具體的，如圖6所示，圖中的傳動機構80為傳送帶，動力輸出軸50耦合動力輸出軸齒輪51，通過動力輸出軸齒輪51與第二切換機構93連接。

如圖7所示，與圖7不同之處在于，傳動機構80為傳送帶與齒輪的組合機構，傳送帶耦合傳動機構第一齒輪81，通過傳動機構第一齒輪81與第一切換機構92連接。

如圖8所示，與圖6～7中不同之處在于，圖中的傳動機構80為齒輪，直接與第一切換機構92，即切換齒輪相互嚙合，從而實現動力傳動。

如圖9所示，與圖6～8中不同之處在于，圖中的傳動機構80為齒輪組，第一切換機構92，即切換齒輪與傳動機構第一齒輪81相互嚙合，傳動機構第一齒輪81與傳動機構第二齒輪82相互嚙合，傳動機構第二齒輪82與發動機10耦合，從而實現動力傳動。

進一步的，如圖6所示，圖中的動力切換裝置90為同步器，優選地，為切換同步器，更進一步的，可以進行兩端切換的同步器。動力原端機構91為切換同步器的接合套，第一切換機構92及第二切換機構93為切換齒輪。當接合套向兩端移動時，可分別與兩端的切換齒輪嚙合，從而使齒輪被帶動實現轉動，達到動力切換的目的。

如圖10所示，與圖6不同之處在于，圖中的動力切換裝置90為同步器與離合器的組合機構。動力原端機構91為兩個嚙合的齒輪，第一個齒輪與電機20耦合，第二個齒輪一端連接一個離合器，即第一切換機構92；另一端連接切換同步器的切換齒輪，即第二切換機構93的一部分，第二切換機構93的另一部分為切換同步器的接合套，接合套連接動力輸出軸50。在動力切換裝置90切換到第一切換機構92端時，離合器接合，切換同步器的接合套與切換齒輪斷開；在動力切換裝置90切換到第二切換機構93端時，離合器斷開，切換同步器的接合套與切換齒輪接合。

本實施例兼具P0～P3型混合動力汽車傳動裝置的優點：與P0～P2型方案相比，增加了無動力中斷換擋功能；與P3型方案相比，增加了車輛靜止時發動機快速起動和車輛停車、蠕行發電功能，且電機峰值轉矩/功率較小，電機工作效率較高。本發明提升了現有單電機并聯混合動力汽車傳動裝置的性能。

<實施例二>

如圖11所示，圖11是本發明實施例二混合動力汽車動力傳動方法示意圖。本實施例的混合動力汽車動力傳動方法包括如下步驟：所述混合動力汽車的動力系統收到發動機靜車起動或車輛停車發電指令；所述混合動力汽車動力系統中的動力切換裝置將電機轉矩切換到傳動機構端；所述混合動力汽車的動力系統中的離合器斷開；所述混合動力汽車的動力系統中的電機輸出轉矩或發電；所述混合動力汽車的動力系統完成發動機靜車起動或車輛停車發電。

所述混合動力汽車的動力系統收到發動機靜車起動指令時，發動機10的起動及車輛起步方案為：將動力系統切換至P0模式下，即電機20與發動機10耦合實現起動發動機10及車輛起步的功能。具體地，切換所述混合動力汽車動力系統中的動力切換裝置，使電機轉矩切換到傳動機構上，即動力原端機構91切換到第一切換機構92端，調節所述混合動力汽車動力系統中的變速器的擋位，使所述變速器保持在合適的擋位上，在發動機靜車起動情況下，變速器30擋位的位置為空擋，調節所述混合動力汽車動力系統中的離合器，使所述離合器保持合適的狀態，在發動機靜車起動情況下即離合器40保持斷開狀態，電機20輸出轉矩，通過帶動傳動機構80快速起動發動機10。接著，變速器擋位調節到適當的擋位，離合器40接合，車輛起步。

所述混合動力汽車的動力系統收到車輛停車發電指令后，切換所述混合動力汽車動力系統中的動力切換裝置，使電機轉矩切換到傳動機構上，即動力原端機構91切換到第一切換機構92端，調節所述混合動力汽車動力系統中的變速器的擋位，使所述變速器保持在合適的擋位上，在車輛停車發電過程中變速器擋位的位置為空擋，調節所述混合動力汽車動力系統中的離合器，使所述離合器保持合適的狀態，車輛停車發電過程中即離合器保持斷開狀態，發動機10轉矩通過傳動機構80，第一切換機構92，動力原端機構91，傳遞給電機20，電機工作在發電機模式，與發動機組成發電單元為電池充電。

進一步的，在所述的混合動力汽車動力傳動方法中，所述混合動力汽車動力傳動方法還包括：所述混合動力汽車的動力系統中的離合器40轉換為滑轉狀態。此時離合器40為干式離合器或濕式離合器，此時車輛由停車發電狀態轉換為蠕行狀態。而混合動力汽車的動力系統中的電機20發電。

當車輛處于蠕行工況，且電池電量較低時，該混合動力汽車處于蠕行發電模式。蠕行發電，即道路擁堵時，時而停車發電，時而低速前行，車輛在停車發電和蠕行兩種模式之間切換，同時要求停車發電模式可以向蠕行模式快速切換。具體地，當車輛停車發電時，切換所述混合動力汽車動力系統中的動力切換裝置，使電機轉矩切換到傳動機構上，即動力原端機構91切換到第一切換機構92端，離合器40斷開，發動機10的輸出轉矩通過傳動機構傳遞給電機20，使電機20工作在發電機模式，與發動機10組成發電單元為電池充電。當從停車發電模式向蠕行模式切換時，動力切換裝置保持在傳動機構端不變，離合器40轉換為滑摩狀態，發動機轉矩一部分通過傳動機構和動力切換裝置傳遞給電機進行發電(路徑與上述停車發電時相同)，一部分通過離合器40，變速器輸入軸31，變速器30，變速器輸出軸32，動力輸出軸50，差速器60，輸出給車輪70。根據整車需求，發動機轉矩可以一部分傳遞給電機進行發電，一部分輸出給車輪，也可以全部輸出給車輪。離合器40在蠕行過程中，可能保持滑摩狀態(離合器40前后轉速差不為零)，也可能從滑摩狀態變為接合狀態(離合器40前后轉速差為零時)。另外，在蠕行狀態下，混合動力汽車動力系統中的變速器保持在合適的擋位上，在車輛蠕行過程中變速器擋位的位置為低擋位。

<實施例三>

如圖12所示，圖12是本發明實施例三混合動力汽車動力傳動方法示意圖。與實施例二的區別在于，本實施例的混合動力汽車動力傳動方法用于變速器30換擋狀態下。

本實施例的混合動力汽車動力傳動方法等效的動力及轉矩傳遞路線如圖12所示，包括如下步驟：所述混合動力汽車的動力系統中的變速器收到換擋指令；所述混合動力汽車動力系統中的動力切換裝置將電機轉矩切換到動力輸出軸端；所述混合動力汽車的動力系統中的變速器進行換擋操作，其中，所述變速器進行換擋操作包括離合器斷開，摘擋(同步器與當前擋位齒輪分離)，掛擋(同步器與目標擋位齒輪接合)，離合器接合；所述混合動力汽車的動力系統中的電機在上述換擋過程中向動力輸出軸輸出轉矩。

以A擋換B擋為例：換擋前，變速器30在A擋，離合器40接合，A擋和B擋切換同步器35與A擋輸入軸齒輪33接合；混合動力汽車的動力系統中的變速器30收到換擋指令后，動力原端機構91在變速器換擋過程中切換到第二切換機構93端，變速器30進行換擋操作，其中，所述變速器進行換擋操作包括離合器40斷開，摘擋(A擋和B擋切換同步器35與A擋輸入軸齒輪33分離)，掛擋(A擋和B擋切換同步器35與B擋輸入軸齒輪34接合)，最后離合器40接合完成換擋。從離合器40分離開始到離合器40完全接合這段過程中，發動機10動力存在中斷，則電機20與動力輸出軸50的轉矩通過動力原端機構91與第二切換機構93之間進行傳遞，再通過動力輸出軸50，差速器60，傳遞給車輪，即電機20在上述整個換擋過程中向動力輸出軸50輸出轉矩，通過輸出補償扭矩，可以實現無動力中斷換擋，提高換擋平順性。本實施例中的動力系統可同時實現快速起動、停車、蠕行發電及無扭矩中斷換擋。

在實施例二及實施例三提供的混合動力汽車動力傳動方法中，動力切換裝置分別接合和斷開電機與傳動裝置及動力輸出軸的動力傳輸，實現了P0或P1型動力系統與P3型動力系統的相互切換。在發動機靜車起動停車發電或蠕行發電狀態下，動力切換裝置切換到傳動機構端，發動機與電機的動力相互耦合，實現快速起動、駐車及蠕行發電；當變速器換擋狀態下，動力切換裝置切換到動力輸出軸端，離合器斷開，電機提供補償扭矩，可以實現無扭矩中斷換擋，該動力傳動方法可同時實現快速起動、停車發電、蠕行發電及無扭矩中斷換擋。

本發明的混合動力系統僅通過在傳統自動變速器基礎上增加兩個動力切換裝置，即可實現無動力中斷換擋、車輛靜止時發動機快速起動、停車發電和蠕行發電等功能，可以有效擺脫自動變速器(以下簡稱為AT)和雙離合自動變速器(以下簡稱為DCT)等技術瓶頸。與采用AT/DCT作為傳動裝置的混合動力系統相比，集成難度低，增加成本小。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統而言，由于與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，并非對本發明范圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬于權利要求書的保護范圍。